Superpozycja, koherencja, interferencja i splątanie kwantowe

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.8.4

Warianty tytułu

EN

Quantum superposition, coherence, interference and entanglement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Superpozycja kwantowa jest fundamentalną zasadą mechaniki kwantowej a w informacyjnych technikach kwantowych jest fundamentalną przestrzenią istnienia kubitu, np. dwupoziomowego energetycznie, i jego ogólniejszej formy, wielopoziomowego energetycznie, kuditu. Dwa podstawowe/bazowe/czyste stany kwantowe kubitu mogą być dodane do siebie, nałożone, superponowane, współistnieć jednocześnie i rezultatem jest inny stan kwantowy tego kubitu. Każdy stan kwantowy kubitu może być reprezentowany jako suma dwóch różnych stanów kwantowych. Każdy stan kwantowy kuditu może być reprezentowany jako suma wielu różnych stanów kwantowych. Koherencja jest zasadniczą kategorią aby kubit był w stanie superpozycji. Koherencja kwantowa (i związana z nią interferencja) oraz splątanie są w pewnym sensie wspólnie zakorzenione w zasadzie superpozycji kwantowej. Koherencja i splątanie kwantowe są kategoriami zasobowo i operacyjnie pokrewnymi choć konceptualnie i ideologicznie odmiennymi. Zasobowe ujęcie tych kategorii stosuje wymienne miary ilościowe i jakościowe, pozwalające na analogiczną ocenę możliwości funkcjonalnych kwantowych systemów obliczeniowych i metrologicznych pozostających w stanie superpozycji, poprzez zgromadzone w nich zasoby koherencji i/lub splątania. Superpozycja kwantowa jest rodzajem fundamentu, na którym mierzalne ilościowo i jakościowo zasoby w postaci koherencji i splątania umożliwiają budowę technologii kwantowych i aplikacji. Miar tych zasobów kwantowych, prostszych dla stanów bazowych, bardziej złożonych dla stanów mieszanych, jest wiele określających je z różnych stron funkcjonalnych. Dla kwantowych stanów mieszanych definiowane są także inne miary jak np. niezgoda (discord) kwantowa.

EN

Quantum superposition is a fundamental principle of quantum mechanics, and in quantum information techniques it is the fundamental space for the existence of a qubit, two-level energy quantum system, and its more general form, multi-level energy quantum system, a qudit. Two fundamental / basis / pure quantum states of a qubit can be added together, superposed, coexist simultaneously, and the result is a different quantum state of this qubit. Each quantum state of a qubit can be represented as the sum of two different quantum states. Each qudit quantum state can be represented as the sum of many different quantum states. Coherence is an essential category for a qubit to be in superposition. Quantum coherence (and the associated interference) and entanglement are, in a sense, co-rooted in the principle of quantum superposition. Coherence and quantum entanglement are categories in terms of resources and operationally related, although conceptually and ideologically different. The resource approach to these categories uses interchangeable quantitative and qualitative measures, allowing for an analogous assessment of the functional capabilities of quantum computational and metrological systems remaining in a state of superposition, through the resources of coherence and entanglement stored in them. Quantum superposition is a kind of a basement foundation, on which measurable qualitatively and quantitatively resources like coherence and entanglement enable building quantum technologies and applications. There are numerable measures for these quantum resources, simpler for pure quantum states and more complex for mixed states. These measures see the resources from different functional states. There are defined other measures especially for mixed quantum states like the quantum discord.

Słowa kluczowe

PL

superpozycja kwantowa; koherencja kwantowa; interferencja kwantowa; splątanie kwantowe; diskord kwantowy; kubit; kudit

EN

quantum superposition; quantum coherence; quantum interference; quantum entanglement; quantum discord; qubit; qudit

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 8
• Strony: 23--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] A. Tavakoli, et al., 2021, Bell nonlocality in networks, arXiv: 2104.10700
• [2] F.J. Tipler, 2014, Quantum nonlocality does not exist, PNAS 111(31), 11281
• [3] T. Baumgratz, et al., 2014, Quantifying coherence, PRL 113(140401)
• [4] A. Streltsov, et al., 2015, Measuring quantum coherence with entanglement, arXiv:1502.05876
• [5] L. Lin, Z. Wei, 2020, Quantifying multipartite quantum entanglement in a semi-device-independent manner, arXiv:2008.12064
• [6] Li-Xiang Cen, et al., 20210, Quantifying quantum discord and entanglement of formation via united purification, arXiv:1006.4727
• [7] Kang Da Wu, et al., 2019, Quantum coherence and state conversion: theory and experiment, arXiv:1903.01479
• [8] Ch. Xiong, et al., 2020, Linking entanglement to discord with state extensions, arXiv:2021.03835
• [9] A. Bera, et al., 2017, Quantum discord and its allies: a review, arXiv:1703.10542
• [10] A. Szasz, 2019, A measure of quantum correlations that lies approximately between entanglement and discord, arXiv: 1810.12949
• [11] H. Yamasaki, et al., 2021, Hierarchy of quantum operations in manipulating coherence and entanglement, arXiv:1912.11049
• [12] K. Kuroiwa, H. Yamasaki, 2020, General quantum resource theories: distillation, formation and consistent resource measures, arXiv:2002.02458
• [13] Ch. Xiong, et al., 2018, Partial coherence and quantum correlation with fidelity and affinity distances, arXiv:1809.03321
• [14] G. Sudarshan, 1969, Quantum theory of partial coherence, JMPS 3, 121
• [15] M. Kleinmann, et al., 2006, Physical purification of quantum states, arXiv:0509100
• [16] C. Di Franco, M. Paternostro, 2013, A no-go result on the purification of quantum states, arXiv:1212.4927
• [17] M.P. Silvermann, 2008, Quantum superposition; Counterintuitive consequences of coherence, entanglement, and interference, Springer
• [18] T. Quereshi, 2019, Coherence, interference, visibility, arXiv: 1905.00917
• [19] Y. Aharonov, M.S. Zubairy, February 2005, Time and the quantum: erasing the past and impacting the future, Science 307
• [20] R.E. Kastner, 2019, The delayed choice quantum eraser neither erases nor delays, arXiv:1905.03137
• [21] A. Karanjai, 2013, Weak measurements, Ph.D. Thesis, Imperial College, London
• [22] R.E. Kastner, 2017, Demistifying weak measurements, arXiv: 1702.04021
• [23] A.D. Das, 2015, Quantum state estimation using weak measurements, arXiv:1505.03266
• [24] S. Cong et al., 2018, On-line quantum state estimation using continuous weak measurement and compressed sensing, arXiv1808.10759
• [25] R. Auccaise, et al., 2012, Experimental analysis of the quantum complementarity principle, arXiv:1201.5951 Błędy kwantowe, modele błędów: odporność, tolerancja, mitygacja, korekcja